4. 场电离(field ionization,FI)和场解吸(field desorption,FD)FI离子源由距离很近的阳极和阴极组成,两极间加上高电压后,阳极附近产生高达10+7~10+8V/cm的强电场。接近阳极的气态样品分子产生电离形成正分子离子,然后加速进入质量分析器。对于液体样品(固体样品先溶于溶剂)可用FD来实现离子化。将金属丝浸入样品液,待溶剂挥发后把金属丝作为发射体送入离子源,通过弱电流提供样品解吸附所需能量,样品分子即向高场强的发射区扩散并实现离子化。FD适用于难气化,热稳定性差的化合物。FI和FD均易得到分子离子峰。
5. 大气压电离源(API)API是
液相色谱/质谱联用仪最常用的离子化方式。常见的大气压电离源有三种:大气压电喷雾(APESI),大气压化学电离(APCI)和大气压光电离(APPI)。电喷雾离子化是从去除溶剂后的带电液滴形成离子的过程,适用于容易在溶液中形成离子的样品或极性化合物。因具有多电荷能力,所以其分析的分子量范围很大,既可用于小分子分析,又可用于多肽、蛋白质和寡聚核苷酸分析。APCI是在大气压下利用电晕放电来使
气相样品和流动相电离的一种离子化技术,要求样品有一定的挥发性,适用于非极性或低、中等极性的化合物。由于极少形成多电荷离子,分析的分子量范围受到质量分析器质量范围的限制。APPI是用紫外灯取代APCI的电晕放电,利用光化作用将
气相中的样品电离的离子化技术,适用于非极性化合物。由于大气压电离源是独立于高真空状态的质量分析器之外的,故不同大气压电离源之间的切换非常方便。
6. 基质辅助激光解吸离子化(MALDI)将溶于适当基质中的样品涂布于金属靶上,用高强度的紫外或红外脉冲激光照射可实现样品的离子化。此方式主要用于可达100000Da质量的大分子分析,仅限于作为飞行时间分析器的离子源使用。
7. 电感耦合等离子体离子化(ICP)等离子体是由自由电子、离子和中性原子或分子组成,总体上成电中性的气体,其内部温度高达几千至一万度。样品由载气携带从等离子体焰炬中央穿过,迅速被蒸发电离并通过离子引出接口导入到质量分析器。样品在极高温度下完全蒸发和解离,电离的百分比高,因此几乎对所有元素均有较高的检测灵敏度。由于该条件下化合物分子结构已经被破坏,所以ICP仅适用于元素分析。
三、 质量分析器质量分析器将带电离子根据其质荷比加以分离,用于纪录各种离子的质量数和丰度。质量分析器的两个主要技术参数是所能测定的质荷比的范围(质量范围)和分辨率。
1. 扇形磁分析器离子源中生成的离子通过扇形磁场和狭缝聚焦形成离子束。离子离开离子源后,进入垂直于其前进方向的磁场。不同质荷比的离子在磁场的作用下,前进方向产生不同的偏转,从而使离子束发散。由于不同质荷比的离子在扇形磁场中有其特有的运动曲率半径,通过改变磁场强度,检测依次通过狭缝出口的离子,从而实现离子的空间分离,形成质谱。
2. 四极杆分析器<br>因其由四根平行的棒状电极组成而得名。离子束在与棒状电极平行的轴上聚焦,一个直流固定电压(DC)和一个射频电压(RF)作用在棒状电极上,两对电极之间的电位相反。对于给定的直流和射频电压,特定质荷比的离子在轴向稳定运动,其他质荷比的离子则与电极碰撞湮灭。将DC和RF以固定的斜率变化,可以实现质谱扫描功能。四极杆分析器对选择离子分析具有较高的灵敏度。
3. 离子阱分析器由两个端盖电极和位于它们之间的类似四极杆的环电极构成。端盖电极施加直流电压或接地,环电极施加射频电压(RF),通过施加适当电压就可以形成一个势能阱(离子阱)。根据RF电压的大小,离子阱就可捕获某一质量范围的离子。离子阱可以储存离子,待离子累积到一定数量后,升高环电极上的RF电压,离子按质量从高到低的次序依次离开离子阱,被电子倍增监测器检测。目前离子阱分析器已发展到可以分析质荷比高达数千的离子。离子阱在全扫描模式下仍然具有较高灵敏度,而且单个离子阱通过时间序列的设定就可以实现多级质谱(MSn)的功能。
4. 飞行时间分析器具有相同动能,不同质量的离子,因其飞行速度不同而分离。如果固定离子飞行距离,则不同质量离子的飞行时间不同,质量小的离子飞行时间短而首先到达检测器。各种离子的飞行时间与质荷比的平方根成正比。离子以离散包的形式引入质谱仪,这样可以统一飞行的起点,依次测量飞行时间。离子包通过一个脉冲或者一个栅系统连续产生,但只在一特定的时间引入飞行管。新发展的飞行时间分析器具有大的质量分析范围和较高的质量分辨率,尤其适合蛋白等生物大分子分析。
5. 傅里叶变换分析器<br>在一定强度的磁场中,离子做圆周运动,离子运行轨道受共振变换电场限制。当变换电场频率和回旋频率相同时,离子稳定加速,运动轨道半径越来越大,动能也越来越大。当电场消失时,沿轨道飞行的离子在电极上产生交变电流。对信号频率进行分析可得出离子质量。将时间与相应的频率谱利用计算机经过傅里叶变换形成质谱。其优点为分辨率很高,质荷比可以精确到千分之一道尔顿。
四、 串联质谱及联用技术1. 串联质谱两个或更多的质谱连接在一起,称为串联质谱。最简单的串联质谱(MS/MS)由两个质谱串联而成,其中第一个质量分析器(MS1)将离子预分离或加能量修饰,由第二级质量分析器(MS2)分析结果。最常见的串联质谱为三级四极杆串联质谱。第一级和第三级四极杆分析器分别为MS1和MS2,第二级四极杆分析器所起作用是将从MS1得到的各个峰进行轰击,实现母离子碎裂后进入MS2再行分析。现在出现了多种质量分析器组成的串联质谱,如四极杆-飞行时间串联质谱(Q-TOF)和飞行时间-飞行时间(TOF-TOF)串联质谱等,大大扩展了应用范围。